Химические вещества, сохранившиеся в окаменелостях, указывают на то, что у некоторых динозавров метаболизм был быстрее, чем у других, что позволяет по-новому взглянуть на эволюцию теплокровности.
Когда в середине 19 века были обнаружены первые окаменелости динозавров, ученые предполагали, что эти существа были в основном гигантскими, громоздкими ящерами. Они также предполагали, что динозавры были похожи на современных холоднокровных ящериц, то есть температура их тела зависела от окружающей среды. Однако впоследствии это предположение стало предметом ожесточенных споров.
"Общая картина, которую мы имеем о физиологии динозавров, довольно сильно изменилась за последние [несколько] десятилетий", - говорит Ясмина Виманн, молекулярный палеобиолог из Калифорнийского технологического института. "Наше понимание того, как выглядели и как жили динозавры, напрямую связано с вопросом о том, были ли они холоднокровными, теплокровными или где-то между ними".
Новый анализ, опубликованный Виманн и ее коллегами 25 мая в журнале Nature, показывает, что предки динозавров были теплокровными, или способными поддерживать постоянную внутреннюю температуру. Исследователи использовали новую методику для оценки скорости метаболизма современных и вымерших животных на основе молекулярного состава их костей. Они пришли к выводу, что многие легендарные динозавры, такие как Tyrannosaurus rex и гигантские зауроподы, были теплокровными, но холоднокровность позднее появилась у некоторых динозавров, таких как стегозавр.
Энрико Резенде, эволюционный биолог из Папского католического университета Чили, изучавший эволюцию теплокровности, или эндотермии, называет полученные результаты "весьма впечатляющими".
Результаты "не совсем удивительны, но это определенно хорошо, что мы имеем некоторую оценку уровня метаболизма", - говорит он, объясняя, что это позволяет отказаться от жесткой классификации динозавров как теплокровных или холоднокровных. "По сути, это показывает, что у нас есть целый градиент уровней метаболизма".
Современные ящерицы или крокодилы должны греться на солнце, чтобы повысить температуру тела, в то время как теплокровным животным, таким как птицы и млекопитающие, это не нужно. Эндотермия могла позволить динозаврам быть более активными и перемещаться на большие территории, говорит Резенде. Они также были менее уязвимы к низким температурам, а значит, могли быть более активны ночью и лучше себя чувствовали на возвышенностях или в высоких широтах. С другой стороны, теплокровным динозаврам требовалось бы много энергии для поддержания высокого метаболизма, а значит, им приходилось бы тратить много времени на питание.
"Понимание уровня метаболизма могло бы многое рассказать нам о том, как они могли взаимодействовать и как могли быть построены эти экосистемы", - говорит Резенде.
Исследователи использовали различные методы для изучения того, насколько динозавры были способны генерировать собственное тепло, говорит Лукас Лежандр, палеонтолог из Техасского университета в Остине. Одна из линий доказательств исходит из оценки температуры тела на основе термочувствительных минералов, сохранившихся в окаменелостях. Другие исследователи изучают кольца роста в бедренных костях динозавров, чтобы определить, насколько быстро росли животные. Лежандр и его коллеги также использовали размеры кровеносных сосудов и костных клеток, чтобы сделать вывод о том, что плотоядные динозавры имели высокий уровень метаболизма, близкий к уровню современных птиц.
Статья в Nature показывает, что с точки зрения физиологии динозавры, как правило, имели больше общего со своими ближайшими живыми родственниками - птицами, чем с ящерами, говорит Лежандр. "Это новое доказательство, которое подтверждает то, о чем многие исследователи говорили в течение последнего десятилетия", - говорит он.
По словам Маттео Фаббри, палеонтолога из Филдского музея естественной истории в Чикаго и соавтора исследования, для новой работы исследователи использовали более прямой подход, чем в предыдущих исследованиях. Команда исследовала побочные продукты метаболизма - процесса, с помощью которого животные преобразуют питательные вещества и кислород в энергию - сохранившиеся как в новообразованных, так и в окаменелых бедренных костях.
"Именно метаболизм определяет, выделяется ли много избыточного тепла в процессе дыхания и является ли животное холоднокровным или теплокровным", - говорит Виманн.
Во время этого процесса образуются химические вещества, называемые реактивными видами кислорода, и генерируются молекулы, называемые конечными продуктами расширенного липоксидирования. Эти остатки накапливаются и "оставляют отпечаток практически в каждой ткани", - говорит Резенде. Животное с высоким уровнем метаболизма потребляет больше кислорода, чем животное с низким уровнем метаболизма, поэтому в его организме должно быть больше этих соединений.
Виманн и ее команда просканировали кости 30 ископаемых животных и 25 современных птиц, млекопитающих и рептилий с помощью методов рамановской и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Это позволило им измерить накопленное количество конечных продуктов передового окисления липидов.
"Мы используем эти данные, чтобы сделать вывод об эволюции метаболизма", - говорит Виманн. "Мы выяснили, что динозавры изначально были теплокровными".
Результаты исследования показывают, что эндотермия независимо развивалась в группе, включающей динозавров и летающих рептилий, известных как птерозавры, у млекопитающих и у морских рептилий, известных как плезиозавры. Исследователи рассчитали особенно высокий уровень метаболизма у длинношеего диплодока, аллозавра и птиц, в то время как у T-rex он был несколько ниже, чем у других плотоядных тероподовых динозавров. Поразительно, но у некоторых более отдаленных родственников скорость метаболизма была на уровне современных ящериц, что указывает на то, что они были холоднокровными, или эктотермическими. Среди них были стегозавр, трицератопс и утконосый адрозавр.
"Это очень интересно, потому что означает, что диапазон метаболизма, реализованного у динозавров, гораздо шире, чем считалось изначально", - говорит Виманн. "Это поднимает интересные вопросы о том, что вызывает эволюционное увеличение или уменьшение скорости метаболизма, и что это означает для образа жизни животных?".
Исследователи ранее предполагали, что теплокровность помогла доисторическим птицам и млекопитающим адаптироваться во время массового вымирания, которое уничтожило остальных динозавров около 66 миллионов лет назад. Однако доказательства того, что многие динозавры позднего мелового периода имели высокую скорость метаболизма, указывают на то, что другие признаки, такие как размер тела, вероятно, были ключевыми для успеха выживших, говорит Виманн.
Полученные данные свидетельствуют о том, что эндотермия независимо развивалась в группе, включающей динозавров и летающих рептилий, известных как птерозавры, у млекопитающих и у морских рептилий, известных как плезиозавры. Исследователи рассчитали особенно высокий уровень метаболизма у длинношеего диплодока, аллозавра и птиц, в то время как у T-rex он был несколько ниже, чем у других плотоядных тероподовых динозавров. Поразительно, но у некоторых более отдаленных родственников скорость метаболизма была на уровне современных ящериц, что указывает на то, что они были холоднокровными, или эктотермическими. Среди них были стегозавр, трицератопс и утконосый адрозавр.
"Это очень интересно, потому что означает, что диапазон метаболизма, реализованного у динозавров, гораздо шире, чем считалось изначально", - говорит Виманн. "Это поднимает интересные вопросы о том, что вызывает эволюционное увеличение или уменьшение скорости метаболизма, и что это означает для образа жизни животных?".
Исследователи ранее предполагали, что теплокровность помогла доисторическим птицам и млекопитающим адаптироваться во время массового вымирания, которое уничтожило остальных динозавров около 66 миллионов лет назад. Однако доказательства того, что многие динозавры позднего мелового периода имели высокую скорость метаболизма, указывают на то, что другие признаки, такие как размер тела, вероятно, были ключевыми для успеха выживших, говорит Виманн.
Полученные результаты необходимо проверить с помощью дальнейших анализов, включающих большее количество вымерших животных, говорит Лежандр. Тем не менее, побочные продукты метаболизма, которые исследовали Виманн и ее команда, представляют собой источник данных, которые исследователи могут сравнить с другими признаками.
"Тот факт, что они использовали этот новый метод, добавляет еще один кусочек головоломки", - говорит Лежандр. "Надеюсь, в ближайшие несколько лет мы сможем составить более точную картину того, как динозавры и их ближайшие родственники могли вырабатывать метаболическое тепло".
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей об интересных вещах!
